Несмотря на обилие в продаже зарядных устройств для батарей свинцовых аккумуляторов, автолюбители, увлечённые электроникой, продолжают самостоятельно их конструировать. На это есть несколько причин, и не только материальных. Хочется иметь своё оригинальное устройство, которое не стыдно показать знакомым. Основой большинства таких самоделок является мощный силовой трансформатор, а использование импульсных преобразователей ограничено, поскольку расчёт их сравнительно сло-жен и требует применения специальных ферритовых магнитопроводов. Небольшие ошибки в таком устройстве зачастую приводят к фатальным последствиям с выходом из строя большинства элементов. В то же время у многих пользователей имеются в наличии готовые блоки питания с выходным напряжением 12 В и током нагрузки несколько ампер. Применить их для зарядки батарей сви нцовых аккумуляторов не получается, последним требуется максимальное напряжение 14,5 В.
С переделкой заводских источников питания под зарядные устройства тоже не всё так просто. Часто отсутствуют схемы таких источников питания, а их доработка требует глубоких знаний и опыта. Поэтому проще к готовому источнику питания добавить повышающий преобразователь напряжения с узлами регулировки тока и выходного напряжения.
Рис. 1. Схема зарядной приставки
Схема такой зарядной приставки приведена на рис. 1. Она предназначена для зарядки батарей свинцовых аккумуляторов различных типов, которые находятся не в состоянии глубокого разряда, остаточное напряжение которых составляет не менее 11,8 В, без признаков короткого замыкания в аккумуляторных банках. Это ограничение обусловлено особенностями приставки, которая может только повышать напряжение на выходе относительно первичного источника питания и при неисправности аккумулятора или коротком замыкании ток в зарядной цепи может превысить допустимые пределы, что вызовет перегорание плавких вставок. Приставка обеспечивает регулируемый ток зарядки в интервале от 0,2 до 3 А при максимальном выходном напряжении 14,5 В по окончании цикла. Требуемое входное напряжение приставки может быть от 9 до 12 В, что позволяет использовать в качестве первичного источника напряжения не только компьютерные блоки питания, но также и другие источники питания (платы) напряжением 12 В от ненужной домашней бытовой техники, подходящие адаптеры и даже другие аккумуляторные батареи. Последнее обстоятельство оказывается весьма полезным в полевых условиях, когда требуется подзарядить батарею, а иного источника, кроме аккумуляторной батареи в соседнем автомобиле, рядом нет. Регулировка тока позволяет заряжать не только автомобильные аккумуляторные батареи, но и распространённые гелевые, установленные в различных фонарях, инверторных преобразователях напряжения 12/230 В, детских автомобилях, электросамокатах и многих других устройствах.
Основа зарядной приставки - обратноходовый импульсный преобразователь напряжения для получения необходимой вольтодобавки к напряжению первичного источника питания. Основными элементами преобразователя являются ШИМ-контроллер DA2, ключевой транзистор VT1 и импульсный трансформатор Т1. Соотношение сопротивлений резисторов R1 и R3 определяет максимальное выходное напряжение, которое должно быть 14,5 В. Для ограничения добавочного выходного тока использован компаратор DA1.1, сравнивающий напряжение на датчике тока (резисторе R2) с заданным с помощью переменного резистора R5. При указанном значении сопротивления R2 и ограничении максимального тока зарядки величиной 3 А максимальное напряжение на переменном резисторе должно быть около 0,3 В. Этого добиваются подборкой резистора R7.
В процессе зарядки для контроля напряжения аккумулятора используется компаратор DA1.2, который включает светодиод HL1 при достижении напряжения 14 В. При отключённой нагрузке свечение светодиода указывает на нормальную работу преобразователя напряжения. Питание микросхем DA1 и DA2 осуществлено от выходного напряжения преобразователя, что позволяет заряжать аккумуляторную батарею даже при пониженном до 4...5 В напряжении первичного источника питания.
Запуск ШИМ-контроллера DA2 при этом происходит от заряжаемой аккумуляторной батареи, правда, ток зарядки сильно уменьшается от установленного значения, но позволяет зарядить небольшую батарею даже от зарядного устройства мобильного телефона. Плавкие вставки FU1, FU2 служат для защиты элементов приставки и первичного источника питания при ошибочном подключении внешних цепей.
Номиналы некоторых резисторов могут отличаться от указанных, важно только оставить неизменным соотношение сопротивлений резисторов R3/R1, R6/R7 и R9/R10. Транзистор VT1 может быть любым мощным MOSFET, с допустимым током стока не менее 10 А и максимальным напряжением сток-исток не менее 30 В. Переменный резистор R5 может быть любого типа с линейной регулировочной характеристикой и сопротивлением 10...100 кОм. Резистор R2 - проволочный серии BRP56 или аналогичный, остальные резисторы - серий МЛТ, С2-23. Оксидные конденсаторы - импортные, остальные - керамические импортные или отечественные серии К10-17. Светодиод - маломощный, любого цвета свечения. В процессе работы при максимальном токе нагрузки транзистор VT1 и диод VD1 могут заметно нагреваться, поэтому желательно установить их через изолирующие прокладки на небольшой теплоотвод в виде изогнутой Г-образной алюминиевой пластины толщиной 2 мм и размерами 30x70 мм.
Рис. 2. Чертеж печатной платы устройства и размещение элементов на ней
Печатная плата, на которой установлено большинство элементов, изготовлена из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм, её чертёж показан на рис. 2. В качестве трансформатора Т1 использован готовый дроссель помех на ферритовом кольце от компьютерного блока питания ATX, который содержит несколько обмоток. Две подходящие обмотки были визуально исследованы. Одна из обмоток содержала 28 витков провода диаметром 1,3 мм, а её измеренная индуктивность - 85 мкГн. Эта обмотка была использована как первичная трансформатора Т1. Вторая обмотка содержала 12 витков такого же провода и индуктивность 15 мкГн. Эксперименты показали, что этот дроссель вполне подходит для использования в устройстве без изменения моточных данных обмоток. Размер кольца внутри можно было только предположить. Скорее всего, это магнитопровод R25x15x10 PC40.
При макетировании устройства в качестве трансформатора Т1 были исследованы несколько готовых трансформаторов и экспериментально определено, что оптимальная индуктивность первичной обмотки должна быть в интервале от 47 до 100 мкГн, а соотношение числа витков первичной и вторичной обмоток должно быть от температуре 25 оС равна 250 мВт, поэтому постоянный допустимый ток меньше на порядок, а максимальная мощность нагрузки не должна превышать 20...30 Вт.
Устройство оптронов MOC3161 - MOC3163 иллюстрирует рис. 1, взятый из [1]. ZCC включена между силовыми электродами оптосимистора и осуществляет подачу сигнала на его управляющий электрод. Она разрешает или запрещает включение оптосимистора в 1,5 до 2. При использовании других магнитопроводов требуемое число витков первичной обмотки и соответственно вторичной определяют расчётным или экспериментальным путём. Для трансформатора можно использовать как ферритовые кол ьца с размерами не меньше выше приведённого, так и Ш-образные ферритовые магнитопроводы с зазором около 0,5 мм в центральном керне, например серии ETD 34x35x11,1.
Рис. 3. Внешний вид смонтированной печатной платы
Внешний вид смонтированной печатной платы показан на рис. 3. Она вместе с другими элементами размещена в корпусе от подходящей электромонтажной распределительной коробки размерами 80x80x40 мм. Вокруг ручки переменного резистора на корпусе нанесена шкала ограничения добавки зарядного тока, и рядом расположен светодиод HL1 индикации окончания зарядки. Для визуального контроля процесса зарядки аккумулятора на выходе приставки можно установить малогабаритные вольтметр и амперметр.
Чертёж печатной платы устройства находится здесь.
Автор: В. Кравцов, г. Новороссийск Краснодарского края